Система инфракрасного обогрева производственных помещений

    Инфракрасные системы обогрева (ИКО) имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными системами [21]:

· высокая надежность теплоснабжения: отсутствие водяного цикла исключает размораживание;

· высокая скорость нагрева: прогрев рабочих мест осуществляется в течение нескольких минут после включения, что дает возможность снижения температуры, а значит и расхода газа в ночное время, в выходные и праздничные дни;

· меньшая температура воздуха в помещении: комфортные условия работы наблюдаются при температурах внутреннего воздуха меньших на 5-10 °С, чем при использовании конвективных систем;

· локальный обогрев: излучатели могут осуществлять зонный обогрев отдельных рабочих.

    В соответствии с имеющимся опытом желаемая температура в помещении может быть выражена как

,

где t _в – температура воздуха в помещении, °С; t _л – лучистая температура, получаемая поверхностями за счет излучения от рабочих поверхностей инфракрасных излучателей.

    Воздух в помещении не нагревается за счет инфракрасного излучения и может быть ниже желаемой температуры. Следовательно, возможно снижение температуры воздуха t _в при одновременном увеличении лучистой температуры t _л.

    Выражение для желаемой температуры также может быть записано как

,

где I – плотность лучистого потока, Вт/м². Плотность потока излучения на постоянных рабочих местах ограничена величиной 150 Вт/м². При максимально допустимом лучистом потоке температура воздуха в рабочей зоне может быть снижена до .

    Особенно эффективны системы ИКО в промышленных зданиях с высокими пролетами, в которых при обычных конвективных системах теплый воздух поднимается под потолок, оставляя нижнюю часть помещения, где как раз работают люди, относительно холодной. Разница в температурах между воздухом у пола и потолка может достигать 20 °С.

    Оценим возможную экономию тепла при использовании системы ИКО. При стандартном конвективном способе отопления производственных помещений с высокими пролетами перепад температуры воздуха по высоте может достигать D t = 10-15 °С. При известном коэффициенте тепловых потерь здания k плотность теплового потока потерь при конвективном отоплении приближенно выражается как

                                    ,                            (1)

где  - средняя температура воздуха в помещении, °С; t _н – температура наружного воздуха, °С.

    При лучистом отоплении перепад температуры воздуха по высоте здания отсутствует или может быть даже отрицательным (вверху температура воздуха ниже, чем у пола). В этом случае потери тепла при использовании системы ИКО и сохранении той же самой желаемой температуры на рабочем месте выражается как

                                     .                             (2)

    Тогда перевод отопления с конвективного на ИКО при средней температуре наружного воздуха за отопительный сезон t _н = -6,6 °С дает снижение теплопотерь здания в 2 и более раз:

Дальнейшее снижение потребления теплоты возможно за счет уменьшения температуры на рабочих местах в ночное время, выходные дни, а также путем применения локального обогрева. Все эти режимы легко реализуются с помощью ИКО.

    По способам сжигания природного газа и температуре рабочих поверхностей можно выделить 3 группы ИК- излучателей:

а) светлые ИК- излучатели – температура рабочих поверхностей 800-1000 °С;

б) «темные» ИК- излучатели – 00-650 °С;

в) «черные» ИК- излучатели – 200-300 °С.

    Светлые системы ИКО. Все светлые ИК- излучатели основаны на принципе поверхностного горения (рис. 1).

    Основным элементом излучателя является панель из пористой перфорированной керамики (рис. 1). На внутреннюю сторону панели подается смесь газа и воздуха, которая затем проходит через отверстия малого диаметра в керамической панели, при этом смесь нагревается и воспламеняется вблизи поверхности. Образующееся в выходных частях отверстий пламя нагревает излучающую керамическую поверхность до температуры 800-1000 °С.

Рис. 1. Схема работы светлого ИК- излучателя: 1 – газовоздушая смесь; 2 – пористая перфорированная панель; 3 – излучающая поверхность; 4 – стабилизирующий экран

 

    Из-за высокой температуры поверхности эти излучатели должны монтироваться на достаточном расстоянии от рабочих мест и пола. Лучистый КПД в лучших моделях может достигать 60 %. Кроме того, продукты сгорания выбрасываются в атмосферу цеха, отдавая теплоту зданию. Поэтому суммарный КПД таких систем близок к 100 %. Для поступления воздуха на горение и удаления продуктов сгорания необходимо обеспечить приточно-вытяжную вентиляцию объемом 23,3 м³/ч на 1 кВт установленной мощности ИК-излучателей. Как правило, имеющейся естественной вентиляции достаточно для этих целей.

    Кроме указанных выше преимуществ, светлые излучатели компактны, легко устанавливаются на колоннах и фермах, не занимая полезное пространство цехов, не требуют специальных вытяжных и воздухоподводящих труб, вентиляторов, потребляют минимум электроэнергии. Таким образом, светлые ИК- излучатели идеальны для обогрева цехов с высокими пролетами. Ограничения по применению могут быть связаны с чрезмерной запыленностью и пожароопасностью производства.

    «Темные» ИК- излучатели. «Темные» ИК- излучатели имеют температуру рабочей поверхности 400-650 °С. Типичная конструкция представлена на рис. 2.

    Система содержит горелку, соединенную трубой диаметром 80-100 мм с вытяжным вентилятором. Поток продуктов сгорания поступает в трубу, доводя температуру ее наружной поверхности до 400-650°С. Отражатель, расположенный над излучающей трубой, направляет поток тепла в отапливаемую зону.

    Если в системе ИКО со светлыми излучателями продукты сгорания выбрасываются в атмосферу цеха, дополнительно отдавая теплоту, то в системах с «темными» излучателями продукты сгорания, как правило, должны выводиться наружу из-за повышенного содержания оксидов азота. При этом суммарный КПД «темных» систем не превосходит 70 %.

    «Черные» ИК- излучатели. «Черные» ИК- излучатели имеют температуру рабочих поверхностей 200-300 °С. Они представляют собой воздуховоды диаметром 300-400 мм, устанавливаемые над рабочими местами в цехах.

    Внутри воздуховодов рециркулирует горячий воздух с температурой 200-400 °С, нагревая стенки воздуховода. Сверху воздуховодов устанавливается тепловая изоляция и рефлектор. Воздух для горения подается дополнительным вентилятором. Нагрев рециркуляционного воздуха осуществляется за счет смешения продуктов сгорания с нагреваемой средой. Часть рециркулирующего воздуха выбрасывается за пределы помещения. Поскольку температура воздуха на выходе из системы, как правило, не превышает 200 °С, то суммарный КПД системы близок к 85 %.

Рис. 2. Схема работы «темного» и «черного» ИК- излучателя: 1 – подача газа; 2 - вентилятор;  3 – воздуховод; 4 – воздушный поток; 5 – изоляция; 6 – рефлектор; 7 – вывод продуктов сгорания; 8 - рабочие места в цехе

    Такие системы можно использовать не только в промышленных зданиях, но и в аэропортах, вокзалах, стадионах. Препятствием по применению таких систем может быть только отсутствие свободного пространства в цехе или вторжение в зону действия имеющихся кранов.